作为第四代核电技术的先进代表堆型,石岛湾200MW高温气冷堆核电站具有固有安全性好、发电效率高、用途广泛、小容量模块化建造等特点,是我国最新设计和开发的第一座具有完全自主知识产权、具备商用规模的模块式高温气冷堆示范型核电站。蒸汽发生器作为高温气冷堆核电系统中最关键的设备之一,其作用是将核反应堆的热量转换成接近600摄氏度的水蒸气,推动汽轮发电机组产生电能,业内称之为“核电之肺”。

全球首台球床模块式高温气冷堆蒸汽发生器将于近日扬帆驶向石岛湾现场。这一国之重器的闪耀出世,开启了第四代核电技术发展的新纪元,充分展现了服务国家战略是哈电的不变追求。哈电集团将瞄准下一个巅峰,苦练内功,掌握主动,努力实现质量更高、效益更好、结构更优的发展,不断做强做优做大,为建设具有全球竞争力的世界一流装备制造企业不懈努力,为“两个一百年”目标的实现作出应有的贡献。

国之重器,哈电蒸汽。10月31日,哈电集团又一堪称世界工程的“大国重器”闪耀出世,国家科技重大专项、全球首台球床模块式高温气冷堆蒸汽发生器,在国务院国资委、国家科技部、国家能源局、秦皇岛市委市政府、核能行业协会,以及中国华能集团有限公司、中国核工业集团有限公司、清华大学、国核工程有限公司、中广核工程有限公司、江苏银环精密钢管有限公司等各方代表的共同见证下,在哈电集团重型装备有限公司顺利通过验收,即将运往高温气冷堆核电站示范工程华能石岛湾核电站。

据了解,高温气冷堆蒸汽发生器采用螺旋管换热结构,换热效率更高、结构布置更紧凑,设备总高约25米,最大外径约4.5米,总重接近500吨。哈电重装经过十年钻研,先后攻克并掌握了大直径法兰密封面加工技术,大直径马鞍形接管厚壁低合金钢焊接、跑道型大开孔加工,镍基合金管子管板胀接和焊接、低合金耐热钢管子管板胀接和焊接、大直径镍基合金全位置内孔焊接、大厚度镍基合金拼接、换热管对接、厚壁低合金钢窄间隙焊接等30余项关键工艺技术,其中10项技术通过核能行业技术鉴定。

哈电重装在十年制造过程中攻克了30余项关键工艺技术,其中高精密换热管对接焊工艺、镍基合金环缝内孔全位置自动TIG焊接工艺、镍基合金焊接材料和焊接接头高温持久试验和低合金材料管子管板仰焊工艺等18项重大工艺技术均为国内首创,达到国际先进水平。

在国家科技重大专项高温气冷堆蒸汽发生器验收会上,清华大学作设计总结报告,哈电重装作制造总结报告,中核集团宣读了蒸汽发生器出厂验收意见:蒸汽发生器及本体附件的数量、主要尺寸、外观质量和相关质量证明文件均满足采购合同和设计文件要求。验收组一致认为,所验收设备合格,同意出厂。最后高温堆专项总师、清华大学校务委员会副主任张作义讲话,他回顾了蒸汽发生器从设计到生产制造,再到产成即将发运的艰辛历程,对各方团结协作、自主创新,共同服务国家战略、服务国家科技重大专项表示感谢。

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中国核电“走出去”将为全球清洁能源产业发展带来机遇,哈电集团将着力提升核电核心装备设计制造能力,努力做到技术上有保障,安全上有优势,经济上有竞争力,倾力打造中国核电“国家名片”。

据了解,高温气冷堆核电站示范工程华能石岛湾核电站是国家科技重大专项。作为第四代核电技术的先进代表堆型,石岛湾200MW高温气冷堆核电站具有固有安全性好、发电效率高、用途广泛、小容量模块化建造等特点,是我国最新设计和开发的第一座具有完全自主知识产权、具备商用规模的模块式高温气冷堆示范型核电站,是新一代核能发电技术。

4月14日,国家科技重大专项——高温气冷堆核电站示范工程华能石岛湾核电站1#蒸汽发生器在哈电集团重型装备有限公司完成验收,并于4月17日,在相关方的共同见证下交货发运。这是继全球首台球床模块式高温气冷堆蒸汽发生器产成发运后,哈电集团取得的又一成果,标志着哈电集团承制的拥有我国自主知识产权的两台高温气冷堆蒸汽发生器圆满完工。

80后挑起国之重器大梁

近五年来,哈电集团全力打造核电自主品牌,积极响应“一带一路”倡议,推进中国核电“走出去”,现已完全掌握蒸汽发生器、核主泵、汽轮发电机组等主设备的关键技术,努力打造世界级核电装备供应商。

高温气冷堆蒸汽发生器项目的顺利完工,是我国产学研强强联合促进研发周期长、制造难度大的科技成果市场化的一个成功典范。哈电人肩负起了“承载民族工业希望,彰显中国动力风采”的历史使命,引领着核电重大装备的发展方向。

步步创新,步步惊心

与此同时,哈电集团还组织召开了高温气冷堆主设备设计制造技术峰会,国家科技部、清华大学、中核集团有关专家参加,哈电重装对高温气冷堆蒸汽发生器制造技术进行了系统的总结,介绍了关键性的制造技术突破创新点,并结合制造过程中的经验,对高温气冷堆项目后续产品的制造提出了优化建议。与会各方还就哈电重装600MW高温堆蒸发器的批量供货和反应堆压力容器制造供货的可行性进行了交流。

无数类似经历贯穿了全球首台球床模块式高温气冷堆核电蒸汽发生器制造的整个过程,诸多不同难题被不同方法解决,诸多不同困难被不同方式克服,摆在哈电重装面前阻碍四代核电产品制造的诸多“绊脚石”成功被改造成了“垫脚石”。2017年2月6日,蒸汽发生器壳体完成水压试验;2018年6月26日,蒸汽发生器内件完工,具备与壳体整体套装条件;2018年7月6日,蒸汽发生器内件与壳体完成整体套装;2018年9月29日,蒸汽发生器总装后气压试验合格;2018年10月28日,蒸汽发生器具备出厂条件。

验收会后,哈电集团党委书记、董事长斯泽夫与中国华能党组成员、副总经理叶向东共同为“大国重器”揭幕,各方代表分别致辞,对国家科技重大专项全球首台高温气冷堆蒸汽发生器研制成功并顺利通过验收表示祝贺。

在图纸转化过程中,清华大学负责提供设计总图和设计要求,施工图设计主要由哈电重装公司负责。时间紧、任务重,蒸汽出口连接管设计是全新结构,设计过程无可参凭,尤其必须充分考虑、提前预见实际操作的可行性,部分设计结构更要通过电脑三维立体模拟焊接与装配,进行大量试验验证。面对困境,技术人员坚持学习,与设计方和其他相关方进行深入讨论和分析,不断取长补短,攻克难关,蒸汽发生器设计方案不断优化完善。从2009年至2015年,施工图先后6次升版,先后完成包括壳体、内件、蒸汽入口、蒸汽出口连接管支承与包裹施工图等在内的2461张首批高温气冷堆蒸汽发生器施工图纸,持续4年布管工艺设计,先后设计了3种布管方案,制作了3套实体模型,最终实现了管子的穿针引线,像编花篮一样,把密密麻麻的上千条管线成功按照设计编入蒸汽发生器的内部。

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高温和持久安全是高温气冷堆的设计理念,蒸汽发生器特定的运行温度,独有的换热介质环境对材料提出了更为严苛的要求,开展高温气冷堆蒸汽发生器的设计需要庞大的基础实验数据作支撑。哈电重装作为央企,为打破核电制造技术的国外垄断,肩负着核电技术国产化重任和历史使命,因此在完成国家科技重大专项高温气冷堆蒸汽发生器制造技术研发同时,以材料国产化为立足点,为核电技术设计提供理论依据。

据介绍,高温气冷堆蒸汽发生器采用螺旋管换热结构,换热效率更高、结构布置更紧凑,设备总高约25米,最大外径约4.5米,总重接近500吨。哈电重装在十年研制过程中,不断推动技术创新,攻克一项项世界级制造难题,攻克了30余项关键工艺技术,其中高精密换热管对接焊工艺、镍基合金环缝内孔全位置自动TIG焊接工艺等18项重大工艺技术均为国内首创,达到国际先进水平。哈电集团成为国内首个完全掌握第四代核岛主设备蒸汽发生器制造技术的企业。

蒸汽发生器换热管高精密焊接及无损探伤,是蒸汽发生器制造过程中难度最大,耗时最长的关键工艺。蒸汽发生器内狭小空间的换热管高精密焊接是制约产品设计和制造的最大难点之一,涉及异种钢对接焊缝(T22与Incoloy800H)、同种钢对接焊缝(800H与800H和T22与T22)三种焊接接头,最小操作空间仅为41mm。在结构上包括螺旋盘管与螺旋盘管对接、螺旋盘管与空间弯管之间的对接接头。考虑到蒸汽发生器运行温度高,以及产品在役涡流检查的可实现性,换热管对接焊缝成型和内在质量要求极为苛刻。产品焊接工艺从无到有,开发及制造历时将近7年之久。

哈电集团党委书记、董事长斯泽夫在发运仪式上致辞

高温气冷堆蒸汽发生器换热管对接焊缝的无损检验,受到焊接操作空间小、重复曝光操作次数高、无法实现连续操作等因素的制约,严重影响了产品制造进度。为解决这些难题,哈电重装质量控制部无损检测技术人员设计出一种高温堆换热管焊缝专用X射线探伤仪,配备专用工具,可以自由调节机头角度和高度,精确调节和确定探伤仪焦距,满足快速检测需求。不仅保质保量还缩短了制造周期。

蒸汽发生器是高温气冷堆核电系统中最关键的设备之一,其作用是将核反应堆的热量转换成接近600摄氏度的水蒸气,推动汽轮发电机组产生电能,业内称之为“核电之肺”。这台拥有我国完全自主知识产权的全球首台球床模块式高温气冷堆核电蒸汽发生器,是第四代核电标志之作。面对这个设计新、材料新、工艺新的全新核电装备,哈电集团携手清华大学核能与新能源技术研究院、中核能源科技有限公司、华能山东石岛湾核电有限公司,四方协同创新一切从零开始,十年磨一剑,将2461张设计图纸打造成又一个大国重器。

经过十年技术研发和产品制造历程,哈电拥有了整套经过实践验证的成熟制造技术,某些关键技术的开发耗费数年之久,拥有了针对产品特点研发设计的专用设备和大型工装,拥有了一支技艺精湛的能工巧匠队伍,还拥有认真负责的检测检验人员,为产品质量把守最后防线,这也标志着哈电重装具备了批量生产60万千瓦高温气冷堆蒸汽发生器的制造能力。

高温气冷堆蒸汽发生器的成功研制,也是我国产学研强强联合、国家队团队协作,促进研发周期长、制造难度大的科技成果市场化的一个成功典范。哈电重装与清华核研院之间紧密合作,打破国内核电传统设计模式,探索出了与研究院所紧密合作的“产学研用”一体化核电产品设计新模式。哈电重装在“产学研用”结合、团队协作创新体系中,既要保证设计方的设计思想转化成合格的产品,又要保证产品的性能和成本满足用户的要求、有竞争力,更要实现产业化和批量化,为国家四代核电自主化和国产化履行“国家队”职责。哈电集团正在对高温气冷堆蒸汽发生器制造过程中所攻克的工艺技术、材料技术、质量控制工具和检测技术进行总结、固化、标准化,并将这些与原有的AP1000、“华龙一号”制造技术进行融合,进而形成高温气冷堆蒸汽发生器批量生产的能力,同时为我国核电出口增添一个重量级的砝码,不再惧怕国际垄断和贸易壁垒。

哈电重装高温堆制造团队经理宿静静参与见证了四代核电系统蒸汽发生器从无到有,从小到大,从幼稚到成熟的全过程。面对新产品、新技术和新项目,宿静静带领团队人员积极面对挑战,严盯每道关键工序。他通过技术创新提高生产效率,在大开孔法兰外圆内椭孔加工课题的研究中,提出分解法加工的实施方案。2016年,宿静静被评为哈电集团“劳动模范”。

斯泽夫在致辞中对所有参与高温气冷堆蒸汽发生器的制造者、设计者、管理者表示热烈的祝贺,并表示,全球首台球床模块式高温气冷堆蒸汽发生器的研制成功,标志着哈电集团在设计、工艺、制造、材料迈上了新的台阶,是我国“产学研用”一体化,以及各方与政府高度密切合作的典范。这一国之重器,是哈电集团深入贯彻落实习近平总书记考察东北三省时对装备制造业提出的新指示、新要求的具体行动,是哈电集团坚持自力更生,加强自主创新,在以改革创新为动力推进建设具有全球竞争力的世界一流装备制造企业征程中取得的重大成就。该蒸汽发生器具有完全自主知识产权,有力推动了高温气冷堆示范电站的顺利实施和商业化推广,为高温气冷堆设备的国产化作出重要贡献,也为中国核电走向世界创造了条件。

9月29日23时58分,国家“十一五”科技重大专项——高温气冷堆核电站示范工程华能石岛湾核电站2#蒸汽发生器在哈电集团(秦皇岛)重型装备有限公司(以下简称哈电重装)圆满完成压力试验,标志着蒸汽发生器主体制造完成。10月31日,这台拥有我国完全自主知识产权的全球首台球床模块式高温气冷堆核电蒸汽发生器,将在业主方、总包方、设计方、制造方共同见证下,实现交货发运。这是我国首个自主化国产化的第四代核电标志之作,是又一项堪称世界工程的大国重器,哈电集团再次创造了一项将永载史册的历史纪录。

联合设计是高温气冷堆蒸汽发生器特有的一种工程实践方式,清华大学负责产品结构设计和相关计算,哈电集团负责绝大部分施工图设计。这种创新性的工程模式,使产学研紧密结合,在保证蒸汽发生器设计要求前提下,对材料、结构、制造检验要求等进行了系统论证,使其具备良好的经济性和工艺性。

蒸汽发生器换热内件与承压壳体套装也是一大瓶颈难题。总高约15米、直径约3.5米的换热内件垂直装入承压壳体,套装总高度达到30米,最小配合间隙仅为毫米级,且同时受到上、中、下三个定位尺寸的约束,丝毫的偏差都可能导致各个接口无法准确组对。公司技术人员从套装方案设计、专用吊具设计、关键配合尺寸精确测量、现场统一指挥作业等方面采取措施,实现了换热内件一次引入承压壳体,承重法兰、上下接管均与承压壳体准确对接,实现了高温气冷堆蒸汽发生器制造的又一重大突破。

据介绍,近五年来,哈电集团全力打造核电自主品牌,积极响应“一带一路”倡议,推进中国核电“走出去”,在核电产业起步较晚情况下,实现产业从无到有、后来居上。现已完全掌握蒸汽发生器、核主泵、汽轮发电机组、K类电机等主设备的关键技术,努力打造世界级核电装备供应商。目前已具备年产4台/套核岛、常规岛主设备制造能力,在手核电项目近70个,合同总额200亿元。

一件好的产品需要一支好的队伍来打造,一支好的队伍则需要足够的凝聚力。全球首台球床模块式高温气冷堆核电蒸汽发生器的制造完成是哈电重装公司全体干部职工大局意识、协作精神和服务精神的缩影。各方的团结协作是高温堆项目成功制造的根本保障。

哈尔滨电气集团公司是由国家“一五”期间前苏联援建的156项重点建设项目中的6项沿革发展而来,是在原哈尔滨“三大动力厂”、阿城继电器厂及哈尔滨绝缘材料厂的基础上,为适应成套开发、成套设计、成套制造和成套服务的市场发展要求,组建而成的我国最大的发电设备、舰船动力装置、电力驱动设备研究制造基地和成套设备出口的国有重要骨干企业集团之一,也是中央管理的54户关系国家安全和国民经济命脉的国有重要骨干企业之一。

十年坚守,百折不挠,国之重器的诞生,也催生了哈电重装一支年轻队伍迅速成长。他们是历史的创造者,也是历史的见证者。而80后成为其中主力。

“蒸汽发生器整个制造过程就是一个‘产学研用’结合协同创新的典型模式,在这一完整体系中,哈电重装全程参与设计并最终让图纸变为现实,彰显了企业作为创新主体的重要作用。”高旭光认为,这为其他科技型企业在创新中发挥主体作用提供了有价值的借鉴。